Mi compañero de clase dice que los objetos más ligeros caen más lentamente que los más pesados. ¿Tiene razón?

En el vacío se equivoca. Los objetos ligeros y pesados ​​caen a la misma velocidad.

Fuera del vacío tiene razón en parte. Lo que importa es la relación entre la resistencia del aire y la fuerza gravitacional.

La resistencia del aire está relacionada con el área de superficie del objeto y la fuerza gravitacional está relacionada con su masa.

Si toma dos objetos hechos del mismo material, forma y área de superficie pero con una masa diferente, el más pesado caerá más rápido fuera del vacío.

Un buen ejemplo es una botella de agua. Uno está lleno, el otro está vacío. Deje caer ambos desde una altura lo suficientemente grande como para marcar la diferencia, por ejemplo, una ventana de arriba, la botella de agua llena probablemente tocará el suelo notablemente antes que la vacía.

Esto se debe a que la fuerza de retardo de la resistencia del aire es la misma para ambos. Pero la fuerza gravitacional es mayor para la botella llena.

Otro ejemplo que muestra la diferencia entre estar dentro y fuera de un vacío es dejar caer una moneda y una pluma. Una pluma tiene un área de superficie muy grande y una masa baja y fuera del vacío, cae lentamente. Una moneda es bastante densa y tiene un área superficial baja en relación con su masa, por lo que la resistencia al aire no es un factor importante.

Sin embargo, deje caer ambos en el vacío y ambos caerán a la misma velocidad.

Aquí hay un buen ejemplo.

Tu amigo a veces tiene razón. Muchos objetos ligeros familiares también tienen mucha superficie y resistencia al aire. Como un pedazo de papel. Pero un objeto ligero que es pequeño y redondo, como una pequeña pelota de goma, caerá tan rápido como un niño grande. Por ejemplo, puedes subir a un gimnasio de la jungla, sostener una pelota de goma a la altura de los hombros y soltar la pelota al mismo tiempo que la dejas caer. La pelota aún estaría a la altura de los hombros cuando llegaras al suelo. (¡No es justo saltar hacia arriba mientras se cae la pelota!)

No es tan divertido, pero puedes sostener una pelota grande en una mano y una pelota pequeña en la otra y soltarlas al mismo tiempo. Galileo se divirtió más haciendo esto. Del artículo de Wikipedia: “Una biografía del alumno de Galileo, Vincenzo Viviani, declaró que Galileo había arrojado bolas del mismo material, pero de diferentes masas, desde la Torre Inclinada de Pisa para demostrar que su tiempo de descenso era independiente de su masa”.

Es principalmente de baja densidad y alta área de superficie lo que genera mucha resistencia al aire. Y es la resistencia al aire lo que hace que algunos objetos caigan más lentamente que otros.

No experimentamos un mundo sin aire, pero podemos imaginar uno. Y podemos usar bombas para crear habitaciones sin aire. En una habitación así, incluso un trozo de papel de seda caería tan rápido como una bala de cañón.

¡Esto no es obvio! No te sientas mal si tienes problemas para imaginarlo. Galileo fue un genio. Se necesitó genio para separar dos cosas, la fuerza de la gravedad y la resistencia al aire, que siempre experimentamos juntos. Pero reconocer que realmente eran cosas diferentes hizo posible entenderlas mejor que cuando se agruparon. Eso es algo que puedes aprender de un genio como Galileo.

Suponiendo que su compañero de clase se refiere al caso de dos objetos que son geométricamente y volumétricamente idénticos, pero difieren en densidad, entonces él está en lo correcto .

Considere dos bolas perfectas que son del mismo volumen, pero una es la mitad de la masa de la otra. La gravedad hace que ambas bolas aceleren hacia abajo a la misma velocidad, pero la magnitud de la atracción gravitacional es diferente. La magnitud de la fuerza gravitacional en la bola más ligera será la mitad que en la bola más pesada. Cuando se caen las bolas, comenzarán a acelerar y aumentar su velocidad. Como las dos bolas se mueven y tienen la misma geometría, la fuerza de arrastre sobre las dos bolas será equivalente a la misma velocidad. Entonces, debido a que la magnitud de la fuerza de arrastre será la misma pero la fuerza gravitacional difiere, las dos bolas comenzarán a viajar a diferentes aceleraciones y velocidades. La bola más ligera tendrá una fuerza hacia arriba que es idéntica a la de la bola más pesada pero una fuerza hacia abajo que es más pequeña: la diferencia en la fuerza neta es lo que causa una aceleración más baja.

Si su amigo no se refiere al caso de los objetos que son geométricamente y volumétricamente idénticos, entonces el análisis es más complejo y requeriría el conocimiento de más variables. La respuesta sería entonces, no necesariamente. Algo que tiene el peso de un portaaviones, en teoría, podría caer más lento que algo que tiene el peso de un lápiz, dado que la superficie y la geometría son suficientes. Este no sería el caso con nada real en el mundo, pero es solo un caso teórico.

La mayoría de los casos le dan la razón, si la masa (el peso se mide en Newton, masa es el término correcto para el peso coloquial) es menor, generalmente se hunde. Pero depende no solo de la masa, sino del volumen y la forma, algunas formas atrapan más aire, otras menos.

Los objetos densos tienen menos volumen o más masa (peso) que los objetos no densos. La densidad es qué tan separadas están las partículas, si están más juntas, son más densas y viceversa.

Pero si tomó dos paracaídas con la misma densidad, volumen, masa y material, uno agrupado y otro separado, el agrupado (si permanece agrupado) caerá más rápido, ya que experimenta menos resistencia. El paracaídas golpea menos moléculas de aire. Mira, el aire siempre se aleja de la mayoría de los objetos, pero aún así empuja hacia atrás. El aire empuja el paracaídas hacia arriba, en este caso, aunque podría ser cualquier dirección. El objeto con más área de superficie expuesta al arrastre, cae más lentamente.

Entonces, al final, es una combinación de cosas: densidad, volumen, masa, material y resistencia.

Eso no es cierto cada vez.

En una situación ideal, es decir, en un vacío perfecto, cada objeto, independientemente de su forma, tamaño, masa, etc., cuando cae libremente sin que la velocidad inicial alcance la superficie de la tierra al mismo tiempo.

Pero en la vida real, debido a la atmósfera, la presión del aire y la resistencia (resistencia al aire) también juegan su papel. Entonces, si tenemos dos objetos con las mismas masas, pero con una configuración diferente de manera que uno de ellos sea un objeto concentrado de masa puntiaguda y el otro sea una hoja plana. Ahora, si se les permite caer libremente, el primero tomará más velocidad debido a la menor fricción de aire que actúa sobre él que el último y, por lo tanto, el primero con configuración puntiaguda concentrada alcanzaría la superficie de la tierra antes.

Nota: En este caso anterior, la aceleración debida a la gravedad que actúa sobre los dos objetos sería la misma.

En resumen, en la configuración de la vida real, la forma y el tamaño de un objeto también juegan su papel además de su masa.

Ahora llegando a tu pregunta. Si dos objetos con masas diferentes cuando se les permite caer libremente, son posibles tres resultados:

1. Ambos alcanzan la superficie de la tierra al mismo tiempo.
2. El objeto más pesado alcanza la superficie de la tierra antes que el más ligero.
3. El objeto más ligero llega a la superficie de la tierra antes que el más pesado.

Entonces, todo depende de la forma, el tamaño, la masa y la configuración de un objeto. La misa sola no puede decidir la moción.

Espero eso ayude.

Tu compañero de clase puede estar en lo correcto, pero hay muchos detalles que no estamos obteniendo. ¿Estamos hablando en el vacío o en la atmósfera? ¡Eso puede hacer una gran diferencia!

Si dejaras caer una pluma y una bola de boliche lado a lado en la atmósfera de la Tierra, no creo que tenga que decirte que la bola que sopla golpeará primero el suelo. Esto se debe a que la resistencia del aire hace que la pluma se desplace lentamente hacia el piso. La bola de boliche también experimenta resistencia al aire, pero su peso es tan grande que tiene una velocidad terminal mucho mayor que la de la pluma.

Por otro lado, si dejaras caer una bola de boliche y una pluma en una cámara de vacío, con todo el aire eliminado, caerían al mismo ritmo y golpearían el suelo al mismo tiempo. Aunque la gravedad tira más fuerte de la bola de boliche que de la pluma, la masa extra de la bola de boliche significa que tiene más inercia, más resistencia a la aceleración. Estos factores se equilibran entre sí; en el vacío, todo cae al mismo ritmo.

En el vacío, todos los objetos que caen aceleran con una aceleración directamente proporcional a la fuerza gravitacional e indirectamente proporcional a la masa del objeto:

a = F/m

Dado que la fuerza gravitacional viene dada por:

F = G * m_earth * m / R^2

donde G es la constante gravitacional

el efecto de la masa se cancela efectivamente y la velocidad a la que se aceleran los objetos que caen es independiente de la masa del objeto que cae:

a = G * m_earth / R ^ 2

En la superficie de la Tierra, esta aceleración es de aproximadamente 10 m/s^2 .

Todos los objetos, sin importar su masa, son empujados hacia la tierra con la misma aceleración ‘g = 9.81 m / s ^ 2’.

Esto se puede demostrar con la ayuda de la ley de gravedad de Newton de la siguiente manera:

GMm / (r ^ 2). = mg

Simplificando esto, g = GM / (r ^ 2)

Donde, G = constante gravitacional universal

M = masa de la Tierra

r = distancia entre el centro del objeto y el centro de la tierra.

m = masa del cuerpo.

Como g es independiente si m, por lo tanto, un objeto más pesado y ligero debería caer la misma distancia al mismo tiempo.

Pero, por experiencia común, se observa que los objetos que tienen una masa más ligera tardan más en caer a la misma distancia en comparación con un objeto más pesado. Esto se debe a la presencia de la atmósfera y las fuerzas de arrastre que son dominantes en el caso de objetos más ligeros que hacen que su tiempo de caída sea mayor que los objetos más pesados.

Entonces tu amigo está parcialmente correcto.

Espero que esto ayude 🙂

Solo tiene razón cuando el objeto más ligero es tan ligero que la resistencia al viento puede afectarlo.

Tomemos el famoso ejemplo de la pluma y el martillo. En la tierra, el martillo cae al suelo inmediatamente, mientras que la pluma revolotea y finalmente golpea el suelo. En la luna, sin embargo, ambos cayeron al suelo al mismo tiempo. Esto se debe a que la luna no tiene aire para que la pluma la atrape al caer.

El aire causa fricción, y cuando esa fricción es lo suficientemente grande, comienza a afectar los objetos. Las cosas arden en el renetry, algunas cosas caen más lentamente. Esto se llama resistencia al aire. Cuanto más pesado sea algo, es menos probable que se vea notablemente afectado por la resistencia del aire.

Ambos objetos caen a la misma velocidad porque ambos objetos están siendo atraídos a la tierra a 9.81 m / s2. Si bien el martillo tiene más masa, se siente más atraído por la tierra y, por lo tanto, tiene más inercia, por lo que resiste más cambios de velocidad. La pluma tiene menos masa, por lo que tiene menos inercia, por lo que resiste menos cambios en la velocidad. Todo esto equivale a que caigan a la misma velocidad y aceleración hacia la tierra, es solo que la pluma se ve más afectada por la resistencia del aire.

En el vacío, no. Todos los objetos caen a la misma velocidad si caen en el vacío.

Sin embargo, en el aire, podría estar en lo correcto. Los objetos más ligeros tienden a someterse a una mayor resistencia al aire, lo que hace que caigan más lentamente.

Un gran ejemplo es la caída de martillo y pluma en el rellano del Apolo 15. Probaron la teoría de Galileo de que todos los objetos caen a la misma velocidad en el vacío. El martillo y la pluma obviamente aterrizan al mismo tiempo. Esto se debe a que no hay aire en la luna.

Por supuesto, todavía queda la cuestión de la superficie. Los objetos con un área de superficie mayor encontrarán mayor resistencia que los objetos con un área de superficie pequeña, independientemente de su peso. Entonces, el peso no es el único factor para determinar qué objeto aterrizará primero.

Absolutamente no.

Caen igual porque si bien el objeto grande tiene más masa que el objeto pequeño, la masa del objeto grande es más difícil de mover. Hay una razón por la que usamos la misma aceleración gravitacional para cada objeto, ya sea un edificio que se derrumba o un grano de polvo que cae.

Galileo lo ha demostrado en su expiración de Pisa: dejó caer una bola pesada y ligera desde la parte superior de la torre de Pisa, ambas golpearon el suelo al mismo tiempo. Aquí hay un gran video que lo muestra: Brian Cox visita la cámara de vacío más grande del mundo – Human Universe: Episode 4 Preview – BBC Two

Puede hacer un vencimiento similar usted mismo. Toma dos cajas de plástico pequeñas. Llena uno con algo pesado y pon una pluma en el otro. Tenga en cuenta que tienen que ser EXACTAMENTE LOS MISMOS cuadros, para mantener el mismo perfil aerodinámico. Sueltalos y comprueba por ti mismo que ambos llegan al suelo simultáneamente. Para obtener los mejores resultados, párate en un lugar alto, como una escalera donde puedes dejarlos caer hacia un lado.

El director de mi escuela se subió al techo una vez y dejó caer una bolera y una pelota de fútbol para demostrarlo. No lo recomendaría porque es peligroso, pero el punto estaba bien probado.

Depende del área de la superficie / forma de los objetos, el objeto que tendrá una resistencia al aire máxima caerá más lentamente.

En el caso de la misma forma y tamaño, el objeto más pesado caerá más rápido.

Si pregunta, ¿es posible que un objeto más ligero caiga más rápido?

Si. (camino de hierro vs caja de metal más pesada)

Existe la parte obvia de que si un objeto pesado y liviano cae en un vacío creado en la tierra al nivel del mar, la aceleración será exactamente la misma para ambos: alrededor de 9.8 m / s2

Fuera de la naturaleza hay otros factores a tener en cuenta:

1. aceleración = F / m,
2. F = 9.8m / s2 x (M [objeto] -M [aire desplazado]) + F [fricción]
3. a = 9.8m / s2 x (1-M [aire desplazado] / M [objeto]) + F [fricción] / M [objeto]

Entonces, un globo lleno de helio experimenta una fuerza ascendente porque M [objeto]

Pero incluso sin fricción , los objetos más ligeros caen más lentamente en un vacío. Entonces, en cierto modo, tu compañero de clase tiene un punto.

Toma dos pañuelos idénticos y déjalos caer. Ahora arrugue una en una bola y déjelas caer. Obviamente tienen el mismo peso, por lo que la diferencia está en cómo la superficie afecta la resistencia del aire. Un área de superficie grande, por ejemplo, un paracaídas, causa mucha más resistencia al aire que un área de superficie pequeña. Nuevamente, el peso es irrelevante. Un paracaidista que se olvida de abrir su paracaídas golpea el suelo mucho más rápido que uno que lo hace, pero pesan lo mismo.

En la Luna, donde casi no hay aire, por lo que no hay resistencia del aire por definición, cualquiera de los dos objetos, independientemente de su peso o área de superficie, caerá exactamente a la misma velocidad. Martillo y pluma. Bola de tejido y tejido plano.

No, cada objeto cae al mismo tiempo. El tiempo que tarda un objeto depende de su aceleración. La mayoría de las veces, en caso de caída del cuerpo, depende de la aceleración debida a la gravedad (ya que la gravedad tira del cuerpo hacia abajo), que es independiente del peso del cuerpo. Pero si comparas la piedra y la piedra de plumas se moverá más rápido ya que no tiene resistencia al aire como las plumas.

Para más información puedes ir a

https://van.physics.illinois.edu …

https://www.wired.com/2013/10/do …

Tu compañero de clase está completamente equivocado y tiene una noción anterior a Galileo de objetos que caen y velocidades de caída. Galileo mostró brillantemente que un objeto pesado y un objeto ligero caerán con la misma aceleración / velocidad cuando se elimina la resistencia del aire, como en el vacío, que mostró en sus famosos experimentos de la torre de Pisa en el siglo XVII. La gravedad hará que caigan al mismo ritmo, independientemente de sus masas (pesos). La caída más lenta a través del aire es de lo que está hablando debido a que la resistencia del aire tiene más efecto en un objeto más ligero que en un objeto más pesado, que todos conocemos. Tu compañero de clase necesita aprender física muy básica aquí … Kaiser T, MD.

En general si. Puede ver la fórmula para la velocidad terminal aquí:

Velocidad terminal – Wikipedia

Es largo y todavía no he aprendido látex … lo siento.

Tiene muchas más variables de las que podrías esperar. Pero podemos eliminar las variables solo para aquellas de los objetos y tenemos:

V (es proporcional a) masa / (coeficiente de arrastre * área)

Todo en el vacío acelera la misma velocidad. La fuerza que la gravedad ejerce sobre un objeto es directamente proporcional a la masa del objeto, pero la aceleración es inversamente proporcional a la masa. Ambos se cancelan, haciendo que todo caiga al mismo ritmo. Piénselo de esta manera: cada partícula es atraída por la misma cantidad de fuerza. Si esas partículas están unidas para formar un “objeto” es irrelevante.

Algo así como. Si sueltas una bola de acero y una pluma, la bola golpeará la cubierta más rápido. Sin embargo, eso tiene más que ver con el hecho de la resistencia del aire. Sí, el encendedor (pluma) caerá más lentamente, pero eso es un factor de su construcción. Si no lo crees, aquí hay un video: